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Nature Communications volume 14、記事番号: 4714 (2023) この記事を引用 1451 アクセス 10 Altmetric Metrics の詳細 ビタミン B12 (コバラミン) は、ほとんどの人間の腸内微生物に必要であり、その多くは

Nature Communications volume 14、記事番号: 4714 (2023) この記事を引用

1451 アクセス

10 オルトメトリック

メトリクスの詳細

ビタミン B12 (コバラミン) はほとんどの人間の腸内微生物に必要であり、その多くはこのビタミンを得るために清掃に依存しています。 腸内の細菌密度は非常に高いため、この重要な微量栄養素をめぐる競争は熾烈です。 腸内細菌とは対照的に、優勢なバクテロイデス属のメンバーは、多くの場合、表面に露出した保存された一連の B12 結合リポタンパク質とともに、いくつかの BtuB ビタミン B12 外膜トランスポーターをコードしています。 今回我々は、バクテロイデス・シータイオタオーミクロン由来のBtuBトランスポーターが、表面に露出したBtuGリポタンパク質の蓋と安定したペダルビン状の複合体を形成し、高い親和性でB12と結合することを示す。 B12の捕捉後にBtuGの蓋が閉じると、保存されたBtuB細胞外ループによって結合したB12が不安定化し、ビタミンのBtuBへの転座とその後の輸送が引き起こされます。 我々は、TonB依存性のリポタンパク質支援による小分子の取り込みがバクテロイデス属菌の一般的な特徴であると提案する。 それは、この属が人間の腸内に定着するのに成功するために重要です。

ビタミン B12 (コバラミン) は複雑な有機金属補因子であり、最も複雑なビタミン 1 であり、中心にコバルト原子を含むコリン環と、上部配位子 (アデノシルまたはメチル基など) が配位し、その環に固定された下部配位子で構成されています。ヌクレオチドループを介して (図 1a)2. 上部リガンドは化学反応性を備えており、反応に直接関与しますが、下部リガンドは機能的特異性を提供します 3、4、5。 低級リガンドには 3 つの異なるファミリーがあります。 ベンズイミダゾール、プリン、フェノール類5. 異なる種に属する酵素は、活性化するために異なる低級リガンドを必要とする可能性があるため、このリガンドの性質は重要です3、4、6。 ビタミン B12 はさまざまな代謝プロセスに関与しており、多くの生物にとって、細胞質における L-メチオニン生合成経路の最終酵素反応に必須の補因子です7,8。 真核細胞および原核細胞においてビタミン B12 は多くの役割を果たしていますが、ビタミン B12 を生成できるのは少数の微生物だけです。 ただし、その合成はエネルギー的に高価であり、約 30 の酵素ステップを必要とします9。 その結果、微生物は、サルベージルートと呼ばれる、外因性コバラミンを取り込むメカニズムを開発しました。 グラム陰性菌では、外膜 (OM)、ペリプラズム、内膜 (IM) という 3 つの異なるコンパートメントを通過する必要があるため、コバラミンの転座に課題が生じます。 グラム陰性菌における最もよく特徴づけられている B12 輸送系は大腸菌のもので、OM TonB 依存性トランスポーター (TBDT) BtuB、ペリプラズム結合タンパク質 BtuF、および IM10、11、12 に位置する BtuCD ABC トランスポーターで構成されています。

a 結晶学に使用されるコリノイドの構造を示す図。 低級リガンドは「ベースオン」構造で水色で示されています。 コリン環の側鎖には赤色の文字が付けられています。 b 大腸菌の B12 輸送系 (btuBFCD) と B. シータの 3 つの相同遺伝子座の遺伝的構成。BtuB (黄色)、BtuG (青色)、および BtuH タンパク質 (ピンク) の位置を示しています。BtuG1 にはBtuH ドメインが融合しました。 ピンクの三角形は、B12 依存性リボスイッチと黒いロリポップ転写ターミネーターを表します。 内膜のABCトランスポーターは緑色です。 c CNCbl に対応する、左側のパネルに星印で示された淡いピンク色のバンドを示す SDS ゲル。 煮沸したサンプルでは、​​煮沸後に CNCbl を失った BtuG2 の部分に対応する、わずかに低い移動度バンド (サンプルの約 15%) も示されています。 右のパネルは、クーマシー染色後の同じゲルを示しています（B、煮沸したもの、NB、煮沸していないもの）。 ゲルは、ソース データ内の 3 つの独立した複製、トリミングされていないゲルの代表です。 d CNCbl (マゼンタ) に結合した BtuG2 (虹色、N 末端は青) の漫画表示。 下部リガンドが外側を向いていることに注意してください (右パネル)。 e CNCbl と水素結合 (黒い破線) を形成する残基の拡大図。

35 Å), establishing it as an efficient B12 capturing device. BtuG2 forms a stable complex with BtuB2 in the OM, allowing co-purification and structure determination of BtuB2G2 by X-ray crystallography. The structure of the BtuB2G2 complex demonstrates that BtuG2 caps the transporter, reminiscent to recently described SusCD systems involved in glycan uptake21. Interestingly, however, the BtuB2G2 structure as well as the cryo-EM structure of the BtuBG complex from locus 1 (BtuB1G1) show closed transporters in the absence of substrate, which is different from SusCD systems. A cryo-EM structure of BtuB3G3 bound to CNCbl, MD simulations and functional data suggest a pedal bin uptake mechanism and provide an explanation for how B12 is released from BtuG and then transferred to BtuB for subsequent uptake. Together with OM proteomics data, our study suggests that lipoprotein-assisted small molecule uptake operates for most, and perhaps all, TBDTs of Bacteroides spp, and we propose that this is one reason why these microbes are so successful within the human gut./p> 40° (Fig. 5a). These energies might be slightly overestimated due to shortcomings of classical MD simulations27, but it is clear that opening angles of α > 40° are highly unlikely at ambient temperatures on microsecond timescales in our in silico setup. Despite this, an analysis of the electrostatics of the partially open BtuB2G2 complex suggests that BtuG2 will still attract CNCbl to its binding site (Supplementary Fig. 10)./p>

3.0.CO;2-H" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291096-987X%28199709%2918%3A12%3C1463%3A%3AAID-JCC4%3E3.0.CO%3B2-H" aria-label="Article reference 67" data-doi="10.1002/(SICI)1096-987X(199709)18:123.0.CO;2-H"Article CAS Google Scholar /p>